Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — измерительный пре­образователь, в котором непрерывная измеряемая величина автома­тически преобразуется в дискретную и подвергается цифровому ко­дированию. В АЦП осуществляются дискретизация, квантование и кодирование измеряемой величины.

2. Счетчики импульсов. На выхо­де аналого-цифрового преобразо­вателя результат измерения пред­ставляется в виде импульсов, по­следовательно поступающих в счетчик. Счетчики предназначены для подсчета импульсов, определяющих значение измеряемой величины.

В счетчике результат измерения запоминается. Для построения цифровых счетчиков применяются двоичные логические элементы - триггеры.

Триггер является устройством е двумя устойчивыми состояниями, при кото­рых выходное напряжение может иметь либо низкий (), либо высокий () уровни. Состояние триггера, при котором его выходное напряжение равно , т. е. имеет высокий уровень, можно обозначить цифрой 1, а состояние, при кото­ром напряжение на выходе , — цифрой 0.

Триггер имеет основной выход () и инверсный, потенциал ко­торого имеет обратное значение (), т.е. если на пря­мом выходе напряжение равно ( =1), то на инверсном оно будет — ( = 0). Управляющий сигнал обычно имеет форму короткого импульса. Часто цифровые счетчики выполняют на RST-триггерах (рис. 2.4), они имеют три входа и два выхода.

Выход - прямой, - инверсный.

При поступлении управляющего сигнала на вход S (вход set, установка 1), триггер устанавливается в «единичное» состояние Рис. 3.2. (т. е. = 1; = 0), а при по­ступлении управляющего сигнала на вход R (вход reset — установка 0 и сброс) в «нулевое» состояние (т. е. = 0, = 1). Если к моменту прихода управляюще­го сигнала на вход S (или R) триггер уже находился в «единичном» состоянии (или в «нулевом»), то его состояние не изменится.

При поступлении сигнала на счетный вход Т триггер переключается от каждого импульса независимо от предыдущего состояния.

Каждому состоя­нию счетчика ставится в соответствие двоичный код (двоичное число), определяе­мое значениями сигналов на выходах триггеров счетчика. При подаче на вход счетчика очередного импульса изменяется его состояние, т. е. изменяется двоичное число.

На рис. 3.3,а показана структурная схема двоич­ного счетчика, который состоит из четырех последова­тельно соединенных RST триггеров (тетрада или четверка). Входные импульсы поступают только на первый триг­гер Тг1, причем каждый из них изменяет его состояние.

 

Рис. 3.4. Декада двоично-десятичного дешифратора

 

 

Рис. 3.3. Схема двоичного счетчика на триггерах (а);

вре­менная диаграмма и двоичная запись (б).

 

3. Цифровая индикация. Промышленность выпускает разнообразные элемен­ты отображения информации в виде буквенно-цифровых индикаторов. Индикато­ры строятся на разных принципах.

Рис. 3.5. Цифровые индикаторы

 

Дешифраторы. В цифровом измерительном приборе дешифратор служит для преобразования двоично-десятичного кода, имеющегося на выходах счетных де­кад, в напряжения, управляющие работой цифрового индикатора. Выходы дешифратора соединяются с цифровым отсчетным устройством, которое вос­производит изображение десятичных чисел. Управление ими требует десяти проводов на каждый десятичный разряд. Схема дешифратора строится так, чтобы при любом из возможных комбина­ций сигналов, снятых со счетной декады, «единичное» значение появлялось толь­ко на одном из ее выходов. Рис. 3.4.

 

Контрольные вопросы

3.2.1. Объясните основные принципы преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой.

3.2.2. Какие типы кодов применяются в цифровых средствах измерения? Каковы преимущества двоично-десятичного кода?

3.2.3. Каково назначение аналого-цифрового преобразователя.

3.2.4. Поясните причины появления погрешности дискретности.

3.2.5. Назовите основные типы цифровых индикаторов. Каковы их принципы действия, достоинства и недостатки?

3.2.6. Поясните принципы действия счетной декады.